废旧齿轮及齿轮变速器再制造方法研究

废旧齿轮及齿轮变速器再制造方法研究

1齿轮齿轮箱的环保改造齿轮和齿轮变速器是设备中连接和传输动力的一般部件。广泛应用于金属切割机、航空、电能系统、农业机械、运输机械、冶金机械等现代工业设备。但由于其本身结构复杂,工作环境恶劣等原因,齿轮及齿轮箱容易受到损害和出现故障。如何最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物,已成为解决环境和资源问题的治本之道。新世纪,一个全新的制造领域(产业)——绿色再制造工程应运而生并迅速发展,成为解决资源浪费、环境污染和废旧设备改造的最佳方法和有效途径。对废旧齿轮变速箱进行再制造方法研究,可大量恢复齿轮箱及其零部件的性能,延长使用寿命,降低全寿命周期费用,节能节材,减少环境污染,并为最终实现废旧齿轮箱的产业化实施提供理论依据。2发、设计、制造费绿色再制造工程是以产品全寿命周期设计和管理为指导,以优质、高效、节能、节材、环保为目标,以先进制造技术、现代表面技术和高新技术等先进技术为基础,以产业化生产为手段,是对废旧产品进行修复和改造等一系列技术措施和工程活动的总称。全寿命周期费用分析研究显示,机电产品的使用和维修所消耗的费用往往数倍于前期(开发、设计、制造)费用。再制造工程是针对损坏或报废的零部件,在失效分析、寿命评估等全寿命分析的基础上,进行再制造工程设计,采用高新表面工程技术、快速成型技术等先进制造技术,使再制造产品质量达到或超过新品,以形成再制造新产品的系统工程。再制造工程在产品寿命周期中的地位和作用可简略地用图1表示。传统的产品寿命周期是“从研制到坟墓”,即产品使用到报废为止,其物流是一个开环系统。而绿色产品寿命周期是“从研制到再生”,其物流是一个闭环系统。废旧产品经分解、鉴定后可分为4类零部件:(1)可继续使用,即直接回用件;(2)通过再制造加工可修复或改进,即可再制造件;(3)因目前无法修复或经济上不合算而通过再循环变成原材料,即材料回收件;(4)目前只能做环保处理的,即直接废弃件。废旧产品的可再制造件,经再制造工程处理,可制成合格产品重新投入使用,开始了新的生命周期;而材料回收件则通过材料回收处理变成了原材料,以便最大限度地利用废旧产品中可利用的资源,延长产品的生命周期,最大限度地减少对环境的污染。3电弧喷涂技术表面工程是经表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等,以获得所需要表面性能的系统工程。传统的表面工程技术主要应用于零件材料的改性,以提高其力学和机械性能。由于该技术能完成失效零件的增材、裂纹修补等功能,实现失效零件修复再利用,因此该技术正越来越多地应用于再制造工程中,已经成为绿色再制造工程的工艺技术基础。电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种,是表面工程技术的重要组成部分。为了改善基体材料的表面性质,电弧喷涂在两电极间施加一定电压产生电弧,用电弧产生的热量使金属焊丝熔化,熔化的熔滴在压缩空气的作用下,喷向基体形成涂层。在能源利用率方面,等离子喷涂为12%,火焰喷涂为13%,而电弧喷涂却为57%,可见电弧喷涂的节能效果十分突出,能源利用率明显高于其他喷涂方法。电刷镀又称刷镀,仍属于电沉积范畴,但技术特征与传统电镀有很大区别。电刷镀使用专用电源、镀笔和刷镀液,无需常规电镀槽,故有时也称为无槽电镀。电刷镀的应用有以下特点:镀层性能好、结合强度高、沉积速度快、工件无热变形、施工方便、容易掌握、对环境污染小、成本低廉、经济效益和技术效果好,具有广泛的适用性等。4失效零件再制造加工工艺变速箱是机械设备的重要传动部件,其运行正常与否直接影响整车的工作。由表1给出了在变速箱中各类零件的失效比重。可见,废旧齿轮箱主要的失效主要发生在齿轮、轴承和轴等零件上,要对变速箱实施绿色再制造技术,必须对这三大件运用表面工程技术手段进行修复和性能升级。废旧齿轮箱产品进入再制造工序后,可采取图2所示的工艺方案。(1)全面拆解旧机拆解中直接淘汰旧机中简单、附加值低的易损零件,一般这些零件因磨损、老化等原因不可再制造或者没有再制造价值,装配时直接用新品替换。(2)清洗拆解后保留的零件根据零件的用途和材料,选择不同的清洗方法,如:高温分解、化学清洗、超声波清洗、振动研磨、液体喷砂、干式喷砂等。(3)对清洗后的零件进行严格的检测判断检测后的零件可分为3类:(1)可直接用于再制造发动机装配的零件,这类零件80%以上可直接应用;(2)可再制造修复的失效零部件,这类零件可再制造率一般达80%以上;(3)需用新品替代的淘汰零件。(4)失效零件的再制造加工对失效零件的再制造加工,则可利用表面工程技术进行再制造。从制造工艺角度,通常根据零件的失效原因不同表面工程技术的应用目的是不同的:(1)增材对于磨损失效类零件,通过增材使零件获得新的加工余量,以便可采用机加工技术重新加工,使其达到原设计的尺寸、形位公差和表面质量要求;(2)性能恢复对于失效形式是腐蚀、划伤、变形或出现裂纹的零件,可以采用先进的表面处理技术进行恢复,如采用高速电弧喷涂技术,在零件表面形成致密的、具有高结合强度的组织以恢复其使用性能。(5)将全部检验合格的零部件与加入的新零件,严格按照新品生产要求装配成再制造产品。(6)对再制造产品按照新机的标准进行整机性能指标测试,应满足新机设计要求。(7)对新机外表喷漆和包装入库,并根据客户订单发送至用户。5绿色再制造工程的展望绿色再制造工程在国外仅有十几年的历史,在我国则刚刚起步,因而其基础理论和相关关键技术尚在不断的研究与发展之中。但毫无疑问,作为符合可持续发展的绿色再制造工程必将得到越来越多的重视。齿轮箱作为一种重要